Menu

Общие сведения из теории ветровых волн

Волнение сопровождается перемещением водных масс. Движение частиц воды при волнении происходит по незамкнутым орбитам и представляет собой сложный для теоретического описания случайный неупорядоченный процесс, зависящий от многих факторов.

Основные элементы морских ветровых волн следующие: высота h - расстояние по вертикали от впадины волны до гребня; длина X - горизонтальное расстояние между двумя последовательно расположенными гребнями или впадинами; период Т, - интервал времени между прохождением вершин двух последовательно идущих волн через фиксированную вертикаль.

Высота морских ветровых волн уменьшается по мере движения от поверхности к дну моря. Согласно классической тро- хоидальной теории волн их высота уменьшается с глубиной по экспоненциальному закону

h2 = hе-2яг/^ (3.1)

где z - глубина от поверхности моря; hz и h - высота волн на глубине z и на поверхности моря соответственно.

В действительности затухание волн с глубиной происходит несколько быстрее, чем это следует из классической теории волн. Результаты натурных исследований [5] показывают, что уменьшение высоты поверхностных волн с глубиной для аква-

торий, глубина которых в 2 раза и более превосходит длину волны, правильнее оценивать по выражению

hz = he-5,5(z/Х)0,8. (3.2)

Однако для инженерных расчетов такие уточнения не существенны. На указанных акваториях приближенно рассчитать высоту волны hz на глубине z можно, исходя из несложного правила: если глубина увеличивается в арифметической прогрессии, то высота волн уменьшается в геометрической прогрессии (табл. 3.1).

Ветровые волны подразделяют на вынужденные, возникающие и находящиеся под воздействием ветрового давления, и свободные, имеющие место после прекращения ветра или вышедшие за зону его действия. Свободные волны иначе называют волнами зыби. Результаты многочисленных наблюдений за волнением в натурных условиях показывают, что для глубоководных акваторий, где дно не влияет на форму и размеры ветровых волн, можно считать, что X « 20h для ветровых волн и X « 30h для волн зыби (табл. 3.2). Встречающиеся на пути волн преграды подвергаются гидродинамическим нагрузкам. Согласно современным представлениям гидродинамики основными компонентами общей силы давления волн на любую цилиндрическую преграду являются сила лобового сопротивления, инерционная сила и сила удара воды о преграду.

Сила лобового сопротивления пропорциональна квадрату линейной скорости орбитального движения. Ее максимальное значение достигается при прохождении у моноопоры вершины гребня волны. Сила лобового сопротивления обусловлена тем, что на поверхности преграды при обтекании ее вязкой жидкостью возникает, а при определенных условиях периодически отрывается, пограничный слой вихревой структуры. Энергия,

Таблица 3.1

Уменьшение высоты волн с глубиной моря (в относительных единицах)

Относительная глубина моря

z/X

Высота волны hz (в долях от h)

 

Относительная глубина моря

z/X

Высота волны hz (в долях от h)

0

1

 

5/9

1/32

1/9

1/2

 

6/9

1/64

2/9

1/4

 

7/9

1/128

3/9

1/8

 

8/9

1/256

4/9

1/16

 

9/9

1/512

 

Таблица 3.2

Шкалы степени ветрового волнения (числитель) и зыби (знаменатель)

 

 

Размеры волн

Наименьшая

Волнение

Балл волнения и зыби

высота, м

длина, м

период, с

глубина моря (м), при которой действительны приведенные соотношения

Слабое

1

  • 0,25

  • 0,25

  • 5,0

  • 10

< 2,0 < 2,0

2 5

Легкое

2

< 0, 25 - 0,75

5 - 15

2 - 3

3

< 0,5

15

3

7

Умеренное

3

< 0,75 - 1, 25

15 - 25

3 - 4

7

< 1,0

30

4

15

Значительное

4

1, 25 - 2, 0 2,0

25 - 40 60

4 - 5 6

12 30

Сильное

5

2, 0 - 3, 5 3,0

40 - 75 90

5 - 7 8

20 45

Крупное

6

3, 5 - 6, 0 5,0

75 - 125 150

7 - 9 10

35 75

Штормовое

7

6, 0 - 8, 5 7,0

125 - 170 210

9 - 11 110

60 110

Жесткое

8

8,5 - 11,0

170 - 220

11 - 12

80

> 7,0

> 210

> 12

> 110

Ураганное*

9

>11,0

>220

>12

>80

* Зыбь градуируется

только на 8

баллов.

 

 

 

затрачиваемая иа образование вихрей и на преодоление трения воды о преграду, создает силу лобового сопротивления.

Инерционная сила объясняется тем, что в условиях волнового режима преграда обтекается переменным по скорости потоком воды. Изменение во времени скорости движения воды создает силу, величина которой прямо пропорциональна ускорению потока. Максимальное значение этой силы достигается на участке волны, положение которого примерно соответствует невозмущенному уровню моря. Таким образом, по отношению к силе лобового сопротивления инерционная сила имеет смещение по фазе, равное я/2.

Сила удара обусловлена внезапной потерей скорости потока и сопровождается всплеском. Эта сила пропорциональна квад-

рату скорости потока. Ее максимальное значение достигается синфазно с максимумом силы лобового сопротивления.

Роль отдельных составляющих в общей силе для волн и преград различных параметров различна. Для сравнительно небольших волн, не сопровождаемых всплеском, наибольшую роль играет инерционная составляющая. Для больших крутых волн, особенно при всплеске, основную роль играют силы лобового сопротивления и удара.

Одним из важных критериев в определении сил волнового давления является параметр относительной глубины - отношение глубины акватории Н к длине волны X. Если Н/ X > 0,5, то акватория считается глубоководной и предполагается, что морское дно не оказывает существенного влияния на процесс обтекания преграды.

Из табл. 3.1 видно, что уже при 2/X = 5/9 высота волны составляет всего около 3 % от поверхностной. Очевидно, что на глубине, где высоты волн малы, невелико и волновое давление на преграды. Это обуславливает независимость значений равнодействующей волнового давления на преграду от глубины акватории, если Н/X > 0,5.

Устойчивый характер зависимости между элементами волн X и h (см. табл. 3.2) позволяет от параметра Н/X перейти к более удобному при расчетах на практике параметру H/h. Тогда можно сделать вывод, что при определении силы волнового давления влияние дна на характер обтекания волнами преграды можно не учитывать, если H/h > 10.

На мелководье и в прибойной зоне рост длины волн отстает от увеличения их высоты. Пологость волн здесь уменьшается и достигает значения X/h = 8+12. Поэтому влияние дна на процесс обтекания преграды на мелководье можно не учитывать при меньших значениях параметра H/h.

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:2664 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:5370 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:2601 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Составление фотопланов и фотосхем.

Фотоплан монтируют из трансформированных аэроснимков. Основой фотоплана служит бумага, наклеенная на лист алюминия или картона. На основу наносят координатную сетку и по их координатам - опорные точки. На трансформированных снимках...

13-08-2010 Просмотров:10535 Инженерная геодезия. Часть 2.

Текстуры и структурные элементы метаморф…

В метаморфических породах, кроме новообразованных текстурных и структурных признаков, могут сохраняться и первичные. Степень сохранности первичных признаков осадочного или магматического происхождения зависит от интенсивности метаморфических и структурных преобразований. Текстурно-структурные признаки...

14-10-2010 Просмотров:4817 Геологическое картирование, структурная геология

Геодезична будівельна сітка

Будівельна сітка створюється в основному на промислових майданчиках й є основою для розбивочних робіт, монтажу технологічного устаткування й виробництва виконавчих зйомок. Характерною рисою будівельної сітки як інженерно-геодезичної мережі є розташування пунктів...

30-05-2011 Просмотров:7253 Інженерна геодезія